Скорость резания на токарном станке - это путь точки режущего лезвия инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. Скорость резания на токарном станке измеряют в м/мин при всех видах обработки резанием, кроме шлифования, полирования и некоторых других, где ее измеряют в м/с.
Как скорость резания токарного станка влияет на величину микронеровностей при точении коррозионностойких сталей изучалась в Волгоградском государственном техническом университете. В лаборатории кафедры «Автоматизация производственных процессов» ВолгГТУ был проведен ряд экспериментов по токарной обработке сталей марок 14Х17Н2, ЭИ961, 20Х13 твердосплавными режущими пластинами ТТ7К12, Т15К6, Т5К10, GC4225, ВК8. В процессе исследований проводились замеры сигнала термоЭДС предварительного пробного рабочего хода, как интегральной теплофизической характеристики каждой сменной контактной пары и величины шероховатости поверхности детали (Ra). Для начала дадим определение скорости резания и раскроем это понятие.
Скорость резания на токарном станке
Скорость резания токарного станка – это путь точки режущего лезвия инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. Каждая точка обрабатываемой поверхности детали (рис. 1), например точка А, проходит в единицу времени, например в одну минуту, некоторый путь. Длина этого пути может быть больше или меньше в зависимости от числа оборотов в минуту детали и от ее диаметра, и определяет собой скорость резания. Скоростью резания называется длина пути, который проходит в одну минуту точка обрабатываемой поверхности детали.
Скорость резания измеряется в метрах в минуту и обозначается буквой V. Для краткости вместо слов «метров в минуту» принято писать м/мин.
Скорость резания при точении находится по формуле:
V=(πDn)/1000,
где V — искомая скорость резания в м/мин; π — отношение длины окружности к ее диаметру, равное 3,14; D — диаметр обрабатываемой поверхности детали в мм; n — число оборотов детали в минуту.
Произведение πDn в формуле должно быть разделено на 1000, чтобы найденная скорость резания была выражена в метрах.
Формула эта читается так: скорость резания токарного станка равна произведению длины окружности обрабатываемой детали на число оборотов ее в минуту, разделенному на 1000.
Пример 1. Обрабатываемый на станке вал делает 300 об/мин. Диаметр заготовки вала 50 мм. Какова скорость резания?
По формуле находим: V=(πDn)/1000=(3,14*50*300)/1000=47,1м/мин
Определение числа оборотов в минуту детали данного диаметра, которое она должна делать при принятой скорости резания, производится по формуле
n=(100V)/(πD)
Пример 2. Вал, заготовка которого имеет диаметр 50 мм, должен быть обработан при скорости резания 47,1 м/мин. Сколько оборотов в минуту должен делать вал?
По формуле находим: n=(100V)/(πD)=(1000*47,1)/(3,14*50)=300 об/мин
Рис. 1.
Итоги эксперимента замеров скорости резания на токарном станке
По итогам экспериментов в диапазоне изменения скорости резания 10-90 м/мин при глубине резания 1 мм, подаче 0,11 мм/об было выявлено, что на скоростях резания V = 30-50 м/мин, показатель шероховатости поверхности детали достигал минимального значения, а с дальнейшим увеличением скорости резания V > 50 м/мин, снова возрастал (рис. 2).
Рис. 2. – График изменения шероховатости поверхности Ra от скорости резания при токарной обработке контактных пар: 14Х17Н2-ТТ7К12; ЭИ961-GC4225; ЭИ961-Т15К6; 20Х13-GC4225
Первое, что обращает на себя внимание, это одинаковый характер изменения шероховатости и составляющей силы резания Py в исследуемом скоростном диапазоне (см. "Сила резания при токарной обработке нержавеющей стали", рис. 3 и 4) при обработке коррозионностойких сталей.
Чем вызван такой неоднозначный характер изменения шероховатости обработанной поверхности детали от скорости резания токарного станка? С позиций условной схемы стружкообразования это можно предположительно объяснить наличием нароста на передней грани инструмента, как указывает А.И. Исаев в работе “Микрогеометрия поверхности при токарной обработке”, рассматривая влияние рабочих параметров процесса токарной обработки и геометрии инструмента на высоту микронеровностей при обработке конструкционных сталей. Он указывает на отрицательную роль нароста металла на передней поверхности инструмента на качество обработанной поверхности в диапазоне низких скоростей. Однако, полученные экспериментальные зависимости высоты микронеровностей в низком диапазоне скоростей токарной обработки нержавеющих сталей нельзя объяснить влиянием классического нароста хотя бы потому, что одинаковое значение величины шероховатости поверхности детали (4 мкм) при обработке, например, стали 14Х17Н2 (рис. 3) получено и на скорости 15 м/мин, что можно предположительно объяснить влиянием классического нароста и на скорости 50 м/мин, где нароста по условиям обработки нет. Такие же «парадоксы» наблюдаются и при обработке других марок коррозионностойких сталей.
Рис. 3. Механизм образования микронеровности при точении c позиций перераспределения тепла между инструментом и стальной заготовкой
«Нестандартный» характер изменения высоты микронеровностей от скорости резания токарного станка в низком диапазоне скоростей с позиций реальной схемы резания Н.В. Талантова объясняется наличием в зоне контактных пластических деформаций так называемой зоны относительного застоя (см. "Сила резания при токарной обработке нержавеющей стали", рис. 8), изменяющей по аналогии с наростом передний угол резца γ в пределах его отрицательного значения.
Образование зоны относительного застоя, начиная с определённой скорости резания, увеличивает «условный» передний угол инструмента в пределах его отрицательного значения. Как следствие, это приводит к увеличению высоты микронеровностей. При дальнейшем увеличении скорости резания (температуры в зоне резания) зона относительного застоя уменьшается, уменьшается и значение условного переднего угла, что приводит к уменьшению высоты микронеровности. В интервале 30-40 м/мин зона относительного застоя исчезает и дальнейший рост шероховатости поверхности детали при увеличении скорости резания во втором скоростном диапазоне происходит по другому механизму, связанному с увеличением теплопроводности сталей от температуры.
